声发射传感器 原理：声发射传感器工作原理_声发射传感器选型

　　声发射传感器工作原理
　　先说一下压电陶瓷，压电陶瓷在受力产生变形时，其表面出现电荷，这种现象称为压电效应。
　　常用声发射传感器的工作原理，就是基于晶体元件的压电效应。应力波的传播实质是质点运动（横波、纵波、表面波等）。质点的运动传递到传感器的接触面的时候，带动压电陶瓷上的质子运动，从而对压电陶瓷产生压缩和拉伸的效果。进而转换为电压信号，送入信号处理器，完成应力波到电信号波的转变过程。
　　整体的图如下

　　声发射传感器主要有4种，分别是谐振式传感器、宽带传感器、差动（差分）型传感器和内置前放传感器。
　　差分型声发射传感器，可以有效抑制共模信号的干扰，在电力行业检测局放的应用中比较合适。
　　内置前放声发射传感器，传感器输出信号较大，可以有效抑制干扰，提高信号传输距离，不需要另配前置放大器，简化声发射系统。缺点是传感器比较大、放大器和压电陶瓷坏了整个就坏了。
　　传感器输出是模拟电压信号，且（非内置前放传感器）一般情况下比较微弱。通常为mV级电别，使用时可以先用示波器测试一下信号的强弱，再决定要不要加放大器以及放大器的倍数。
　　声发射传感器选型
　　声发射传感器因应用不同有很多种类型。选择一个适合声发射应用的传感器对于测量成功和可靠是至关重要的。在大多数情况下，传感器选型的主要标准传感器的频率响应适合检测应用。在一些特殊应用环境（高温、油浸、水浸、电磁等环境）可能会造成对AE传感器的选择更苛刻的限定。
　　在此，将为各类声发射应用提供选择传感器的方法，并且还提供一个实用解决方案针对陌生的全新领域声发射应用。
　　1.环境条件
　　大部分AE传感器应用在常规的环境中，然而，在高温设备表面有些应用需要特殊的AE传感器，使用通用型传感器可能导致传感器损坏或者声发射信号变形。在高温环境下，选择工作温度在要求范围内的传感器。一些应用要求传感器安装在水、油浸没的环境，应选择防护等级与之相适用的传感器。在高电磁干扰的环境，选用常规AE传感器信号变形，需要选择抗电磁干扰性能强的传感器与之配套。环境条件因素，是选择传感器频率响应之前就要考虑到的。
　　2.频率范围以及选择
　　通常将声发射传感器频率范围分为超低频（5kHz~20kHz）、低频（20kHz~100kHz）、中频（100kHz~400kHz）、高频（》400kHz）四个类别。理由是随着单位距离衰减频率增加也随之，在很多应用当中400kHz以上频率对于测量是没有意义的。还有就是依据绝大多数的声发射应用，将传感器
　　用此方法进行快速度分类是非常有用的。
　　在非常宽广的频率范围有响应的AE传感器被称为宽带传感器。宽带AE传感器具有平坦响应曲线。它通常用于研究，对关注的未知频率分析、采集的信号进行频谱分析。
　　2.1内置放大器与外置放大器
　　AE传感器分为内置放大器和无内置放大器，带内置放大器的AE传感器也称为有源传感器，没有内置放大器被称为无源传感器。AE传感器如果内部集成前置放大器较之同类型普通传感器更高、更重。
　　有源AE传感器更适合于要求快速组装测量的领域。要求测量装置能快速被连接器连接起来使用，必须要减少连接头的数量。
　　3.声发射传感器具体分类
　　首先，根据以实用应用为前提，将传感器分为通用型、差分型、宽带型、低频型、高温型、防水型、内置放大器型、空气耦合型等。
　　3.1 通用型即普通型声发射传感器，常用的频率30kHz、60kHz、150kHz、300kHz、500kHz、800kHz的产品参数如下表格。

　　普通型传感器一般应用于常温、常压的环境，但要求具备一定的抗电磁干扰能力。同时，每个出厂产品都要求配备频率-响应曲线图，即灵敏度响应曲线。通过 灵敏度响应曲线可以了解到传感器的工作频率范围，以及在使用多个传感器时，传感器之间的一致性能是否合格。
　　3.2小型声发射传感器，相对通用型传感器尺寸更小，适合相对狭窄的安装空间。常用的频率如60kHZ、150kHZ、300kHZ、500kHZ。
　　3.3微型传感器，相对小型传感器更加小的外观尺寸，安装空间更加狭窄。一般谐振频率为300kHz。一般来说小型传感器因体积小，较之通用型灵敏度要小很多，请参考灵敏度曲线图，并且与通用型150kHz的传感器进行对比。
　　3.4超低频AE传感器一般谐振频率低于30kHz，它被应用于岩体监测，例如谐振频率20kHz、10kHz的产品居多。
　　3.5高温型声发射传感器，一般应用于高温机械设备进行声发射表面波的检测，要求在高温环境下性能稳定。
　　3.6差分型声发传感器，它最特殊的性能是能够有效的抵抗电磁干扰，与一般传感器所不同的是输出接口为差分型。
　　3.7防水绝缘型声发射传感器，应用在水、油浸没的环境中，传感器可以完全放置在水或油中，达到检测的目的。
　　3.8 中型声发射传感器，相对通用型传感器要小，更适合于狭小区域内安装使用。

声发射传感器 原理：声发射传感器的内部结构

声发射传感器主要有谐振式、宽带型、内置前放型和差动型几种结构体。

下文详细介绍了几种传感器的结构和各结构的作用。

1.谐振式声发射传感器一般由壳体、耦合面、压电元件、连接导线及接线端子组成；将压电元件的负电极面用导电胶粘贴在底座上，另一面焊出一根很细的引线与高频插座的芯线连接，外壳接地；压电元件通常采用锆钛酸铅陶瓷晶片，起到声电转换作用；耦合面起到绝缘和保护压电陶瓷的作用；金属外壳对电磁干扰起屏蔽作用。

2.宽带型声发射传感器除了谐振式传感器的部分之外，还加入阻尼材料抑制部分谐振。

3.内置前放型声发射传感器在谐振式传感器的基础上，加了一个预放大器，

通过前置放大器和预放大器组合可以实现高灵敏度和低噪音。

4.差分型声发射传感器有两压对称的压电元件组成，后接差分放大器，用于消除共模信号。

5.以上的声发射传感器都是接触型的传感器。

之外，还有一类是空气耦合的声发射传感器。结构有些差异。

友情提示：内部压电陶瓷谐振频率不等于传感器谐振频率！

声发射传感器 原理：声发射传感器的原理

声发射传感器的原理、分类、结构和校准
记得前段时间有人问声发射传感器相关的问题的
,
现贴这篇文章，涵盖
了声发射传感器的原理、分类、结构和校准方法，希望能解答其疑惑
.
声发射传感器的作用是接收材料或结构内部的声发射信号。压力容器、
储罐、热交换器、管道、反应器、航空推进器、核电站的设备等许多类
型的结构都可以用声发射进行监测。在所有的应用中，声发射传感器是
连接结构与声发射仪之间的桥梁，所以，声发射传感器的性能对测试是
非常重要的。下面就声发射传感器的原理、分类、结构以及校准等方面
进行综述，希望对大家认识了解和选择声发射传感器有一定的帮助。
1
、声发射传感器的原理

传感器将声发源在被探测物体表面产生的机械振动转换为电信号
,
它
的输出电压
V(t,x)
是表面位移波
U(x,t)
和它的响应函数
T(t)
的卷积
:
T(t)                             V(t,x)=U(t,x)
理想的传感器应该能同时测量样品表面位移
(
或速度
)
的纵向和横向分量
,
在整个频谱范围内
(0
～
100MHz
或更大
)
能将机械振动线性地转变为电信
号
,
并具有足够的灵敏度以探测很小的位移
(
通常要求
≤10-14m)
。
目前人们还无法制造上述这种理想的传感器，现在应用的传感器大部分
由压电元件组成，压电元件通常采用锆钛酸铅、钛酸铅、钛酸钡等多晶
体和铌酸锂、碘酸锂等单晶体，其中，锆钛酸铅（
PZT
－
5
）接收灵敏
度高，是声发射传感器常用压电材料。铌酸锂晶体居里点高达
1200
℃，
常用作高温传感器。
传感器的特性包括：频响宽度、谐振频率、幅度灵敏度，这些特性受许
多因素的影响，包括：①晶片的形状、尺寸及其弹性和压电常数；②晶
片的阻尼块及壳体中安装方式；③传感器的耦合、安装及试件的声学特
性。
压电晶片的谐振频率（
f
）与其厚度（
t
）的乘积为常数，约等于
0.5
倍波
速（
V
），即
f?t
＝
0.5V
，可见，晶片的谐振频率与其厚度成反比。
2
、声发射传感器的分类
人们根据不同的检测目的和环境制造了不同性能和不同结构的传感器。
(1)
高灵敏度谐振式传感器
:
谐振式高灵敏度传感器是声发射检测中
使用最普遍的一种
,
这种传感器具有很高的灵敏度
,
可探测的最小位移可
达到
10-14m,
但它们的响应频率范围很窄
,
且共振频率一般都位于
50
至
1000KHz
之间。

声发射传感器 原理：声发射传感器的工作原理是什么，两线制的声发射传感器怎样连接进入单片机？

声发射传感器出来的是模拟信号，先做A/D转换。声发射采集12-18位AD精度都有用到。
先看一下声发射传感器的结构，有个直观的概念。声发射传感器主要有4种，分别是谐振式传感器、宽带传感器、差动（差分）型传感器和内置前放传感器。
可以看出声发射传感器的主要元件就是压电陶瓷。压电陶瓷在受力产生变形时，其表面出现电荷，这种现象称为压电效应。
常用声发射传感器的工作原理，就是基于晶体元件的压电效应，将被传输到传感器表面的应力波信号转换为电压信号，送入信号处理器，完成信号处理过程。
两线制的声发射传感器，其中红线是信号线，黑线是接地线，接地线和传感器外壳和压电陶瓷的一端相连。
传感器输出时是模拟电压信号，且一般情况下比较微弱。我记得有的单片机是带内置ADC模块的，可以直接把传感器接到模拟接口。如果单片机没有ADC模块，就需要外置一个数模转换模块。
注意一点的信号强弱匹配，可以先用示波器测试一下信号的强弱，再决定要不要加放大器以及放大器的倍数。
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